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關(guān)于超聲波污水流量計(jì)振動故障分析及如何處理解決
點(diǎn)擊次數(shù)：2155 發(fā)布時(shí)間：2021-08-19 08:11:08
摘要：某電廠輔助冷卻液體流量計(jì)發(fā)生拍振，造成驅(qū)動電機(jī)振動超標(biāo)。本文對拍振原因進(jìn)行分析，并提出了解決方法，成功解決振動故障。
1 引言
輔助冷卻超聲波污水流量計(jì)（下文簡稱SEN液體流量計(jì)）振動超標(biāo)，其中以電機(jī)非驅(qū)動端振動*大。本文從設(shè)備、系統(tǒng)兩方面綜合分析電機(jī)振動高的原因是大修后啟動階段，上游流道積氣引發(fā)氣柱諧振，該沖擊與SEN液體流量計(jì)自身轉(zhuǎn)頻接近，電機(jī)發(fā)生拍振。*終通過動靜排氣穩(wěn)定流場，解決了SEN液體流量計(jì)振動超標(biāo)故障。
2 拍振現(xiàn)象
如果對系統(tǒng)施加兩個(gè)頻率接近的力，使系統(tǒng)產(chǎn)生振動，其振幅具有時(shí)強(qiáng)時(shí)弱，呈周期性變化的特征，這種現(xiàn)象就叫做拍。設(shè)信號X（t）由兩個(gè)振動頻率相近且幅值相等的正弦波疊加而成，即
當(dāng)ω1-ω2趨近于0時(shí)，即兩個(gè)信號的頻率越接近時(shí)，拍振幅值越大。拍振信號的時(shí)域波形及頻譜圖如下，在頻譜圖中可看到兩個(gè)頻率接近的峰。
3 設(shè)備振動分析
3.1測點(diǎn)選擇
為全面監(jiān)測設(shè)備振動，在電機(jī)與超聲波污水流量計(jì)的驅(qū)動端和非驅(qū)動端均設(shè)有振動測點(diǎn)，對于立式液體流量計(jì)，電機(jī)非驅(qū)動端剛度*弱，振動響應(yīng)也*明顯，所以此測點(diǎn)往往能代表立式液體流量計(jì)振動的*大點(diǎn)（下文記為測點(diǎn)1）。電廠人員定期測量各點(diǎn)振動并建立數(shù)據(jù)庫，以便對振動參數(shù)進(jìn)行趨勢跟蹤和分析。
3.2信號分析
SEN液體流量計(jì)維修后再鑒定時(shí)，測點(diǎn)1處振動約為7.0mm/s，超過報(bào)警值（振動標(biāo)準(zhǔn)：報(bào)警值≥4.5mm/s，停機(jī)值≥7.1mm/s）；隨即停運(yùn)該液體流量計(jì)，完全停運(yùn)后測點(diǎn)1振動仍高達(dá)4.5mm/s，說明設(shè)備外部存在激擾源，使設(shè)備未運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)依然有較大的振動響應(yīng)。
對振動采集器獲取的信號進(jìn)行譜分析，超聲波污水流量計(jì)組運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下主要振動頻率為11.33Hz和12.38Hz，其中12.38Hz為液體流量計(jì)轉(zhuǎn)動頻率；停運(yùn)時(shí)，12.38Hz的液體流量計(jì)轉(zhuǎn)頻消失，11.33Hz的外部激擾力依然存在。
測點(diǎn)1的時(shí)域信號如圖3，存在明顯的周期波動，周期約為1秒。設(shè)備在兩個(gè)頻率相近的激振力激發(fā)下，波形周期波動，現(xiàn)象與拍振吻合。由圖3可知，兩個(gè)激勵(lì)源頻率相差1.05HZ，根據(jù)拍振周期計(jì)算公式T=1/(f1-f2)算得周期為0.95S，與圖3中實(shí)測周期一致。
4 原因分析
該超聲波污水流量計(jì)在維修前測點(diǎn)1處振動約為2.0mm/s。大修期間液體流量計(jì)本體未開展維修工作，所以可排除設(shè)備本體故障，需從系統(tǒng)方面尋找11.3HZ的激振力來源。管道輸液是通過液體流量計(jì)加壓作為動力，這種加壓方式是間歇性的，由于間歇加壓，管道內(nèi)的壓力在平均值的上、下波動，即產(chǎn)生所謂的壓力脈動，管流處于脈動狀態(tài)。脈動狀態(tài)的流體遇到彎管頭、閥門、盲板等元件時(shí)，產(chǎn)生**間而變化的激振力，在這種激振力作用下管道和附屬設(shè)備產(chǎn)生振動。振動頻率為液體流量計(jì)的間歇加壓頻率，即超聲波污水流量計(jì)轉(zhuǎn)子的葉片通過頻率。而當(dāng)管道內(nèi)存在可壓縮氣體時(shí)，在壓力脈動作用下，氣體的壓縮和膨脹會產(chǎn)生周期性流動振蕩，即氣柱諧振。當(dāng)壓力脈動與氣柱的諧振頻率相等或接近時(shí)，會產(chǎn)生共振，激起管道及其附屬元件強(qiáng)烈振動。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，SEN液體流量計(jì)取水口在循液體流量計(jì)下游，兩者通過一段封閉廊道相連。大修期間廊道內(nèi)水排空，維修后充水啟動時(shí)廊道內(nèi)會殘存一定空氣。當(dāng)循超聲波污水流量計(jì)葉片旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的壓力脈動與氣柱諧振共振時(shí)，下游SEN液體流量計(jì)將受到強(qiáng)烈激擾，激擾頻率為循液體流量計(jì)葉片通過頻率11.3HZ（液體流量計(jì)轉(zhuǎn)速169rpm,葉輪葉片4個(gè)），與圖2中實(shí)測干擾頻率一致。所以SEN液體流量計(jì)拍振的根本原因是上游循液體流量計(jì)葉片通過頻率與自身轉(zhuǎn)頻接近，廊道內(nèi)殘存空氣引發(fā)的氣柱諧振強(qiáng)化了循超聲波污水流量計(jì)脈動壓力的傳遞。
5 故障處理
故障原因明確后，項(xiàng)目組通過連續(xù)排氣、液體流量計(jì)組切換等措施穩(wěn)定管道內(nèi)流場，消除SEN超聲波污水流量計(jì)的拍振，測點(diǎn)1振動降至2.1mm/s，與大修前振動相當(dāng)，頻譜中11.33Hz的外部激振力也大幅下降。
6 結(jié)語
本文結(jié)合設(shè)備檢修記錄，系統(tǒng)設(shè)計(jì)及頻譜特征，鎖定故障原因?yàn)?strong>超聲波污水流量計(jì)組上游流體壓力脈動引發(fā)設(shè)備拍振，*終通過動、靜排氣穩(wěn)定流場等措施，快速解決設(shè)備振動高缺陷，避免不必要的解體檢修。此次SEN液體流量計(jì)振動處理案例可作為立式液體流量計(jì)振動異常分析的參考。
1 引言
輔助冷卻超聲波污水流量計(jì)（下文簡稱SEN液體流量計(jì)）振動超標(biāo)，其中以電機(jī)非驅(qū)動端振動*大。本文從設(shè)備、系統(tǒng)兩方面綜合分析電機(jī)振動高的原因是大修后啟動階段，上游流道積氣引發(fā)氣柱諧振，該沖擊與SEN液體流量計(jì)自身轉(zhuǎn)頻接近，電機(jī)發(fā)生拍振。*終通過動靜排氣穩(wěn)定流場，解決了SEN液體流量計(jì)振動超標(biāo)故障。
2 拍振現(xiàn)象
如果對系統(tǒng)施加兩個(gè)頻率接近的力，使系統(tǒng)產(chǎn)生振動，其振幅具有時(shí)強(qiáng)時(shí)弱，呈周期性變化的特征，這種現(xiàn)象就叫做拍。設(shè)信號X（t）由兩個(gè)振動頻率相近且幅值相等的正弦波疊加而成，即
當(dāng)ω1-ω2趨近于0時(shí)，即兩個(gè)信號的頻率越接近時(shí)，拍振幅值越大。拍振信號的時(shí)域波形及頻譜圖如下，在頻譜圖中可看到兩個(gè)頻率接近的峰。
3 設(shè)備振動分析
3.1測點(diǎn)選擇
為全面監(jiān)測設(shè)備振動，在電機(jī)與超聲波污水流量計(jì)的驅(qū)動端和非驅(qū)動端均設(shè)有振動測點(diǎn)，對于立式液體流量計(jì)，電機(jī)非驅(qū)動端剛度*弱，振動響應(yīng)也*明顯，所以此測點(diǎn)往往能代表立式液體流量計(jì)振動的*大點(diǎn)（下文記為測點(diǎn)1）。電廠人員定期測量各點(diǎn)振動并建立數(shù)據(jù)庫，以便對振動參數(shù)進(jìn)行趨勢跟蹤和分析。
3.2信號分析
SEN液體流量計(jì)維修后再鑒定時(shí)，測點(diǎn)1處振動約為7.0mm/s，超過報(bào)警值（振動標(biāo)準(zhǔn)：報(bào)警值≥4.5mm/s，停機(jī)值≥7.1mm/s）；隨即停運(yùn)該液體流量計(jì)，完全停運(yùn)后測點(diǎn)1振動仍高達(dá)4.5mm/s，說明設(shè)備外部存在激擾源，使設(shè)備未運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)依然有較大的振動響應(yīng)。
對振動采集器獲取的信號進(jìn)行譜分析，超聲波污水流量計(jì)組運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下主要振動頻率為11.33Hz和12.38Hz，其中12.38Hz為液體流量計(jì)轉(zhuǎn)動頻率；停運(yùn)時(shí)，12.38Hz的液體流量計(jì)轉(zhuǎn)頻消失，11.33Hz的外部激擾力依然存在。
測點(diǎn)1的時(shí)域信號如圖3，存在明顯的周期波動，周期約為1秒。設(shè)備在兩個(gè)頻率相近的激振力激發(fā)下，波形周期波動，現(xiàn)象與拍振吻合。由圖3可知，兩個(gè)激勵(lì)源頻率相差1.05HZ，根據(jù)拍振周期計(jì)算公式T=1/(f1-f2)算得周期為0.95S，與圖3中實(shí)測周期一致。
4 原因分析
該超聲波污水流量計(jì)在維修前測點(diǎn)1處振動約為2.0mm/s。大修期間液體流量計(jì)本體未開展維修工作，所以可排除設(shè)備本體故障，需從系統(tǒng)方面尋找11.3HZ的激振力來源。管道輸液是通過液體流量計(jì)加壓作為動力，這種加壓方式是間歇性的，由于間歇加壓，管道內(nèi)的壓力在平均值的上、下波動，即產(chǎn)生所謂的壓力脈動，管流處于脈動狀態(tài)。脈動狀態(tài)的流體遇到彎管頭、閥門、盲板等元件時(shí)，產(chǎn)生**間而變化的激振力，在這種激振力作用下管道和附屬設(shè)備產(chǎn)生振動。振動頻率為液體流量計(jì)的間歇加壓頻率，即超聲波污水流量計(jì)轉(zhuǎn)子的葉片通過頻率。而當(dāng)管道內(nèi)存在可壓縮氣體時(shí)，在壓力脈動作用下，氣體的壓縮和膨脹會產(chǎn)生周期性流動振蕩，即氣柱諧振。當(dāng)壓力脈動與氣柱的諧振頻率相等或接近時(shí)，會產(chǎn)生共振，激起管道及其附屬元件強(qiáng)烈振動。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，SEN液體流量計(jì)取水口在循液體流量計(jì)下游，兩者通過一段封閉廊道相連。大修期間廊道內(nèi)水排空，維修后充水啟動時(shí)廊道內(nèi)會殘存一定空氣。當(dāng)循超聲波污水流量計(jì)葉片旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的壓力脈動與氣柱諧振共振時(shí)，下游SEN液體流量計(jì)將受到強(qiáng)烈激擾，激擾頻率為循液體流量計(jì)葉片通過頻率11.3HZ（液體流量計(jì)轉(zhuǎn)速169rpm,葉輪葉片4個(gè)），與圖2中實(shí)測干擾頻率一致。所以SEN液體流量計(jì)拍振的根本原因是上游循液體流量計(jì)葉片通過頻率與自身轉(zhuǎn)頻接近，廊道內(nèi)殘存空氣引發(fā)的氣柱諧振強(qiáng)化了循超聲波污水流量計(jì)脈動壓力的傳遞。
5 故障處理
故障原因明確后，項(xiàng)目組通過連續(xù)排氣、液體流量計(jì)組切換等措施穩(wěn)定管道內(nèi)流場，消除SEN超聲波污水流量計(jì)的拍振，測點(diǎn)1振動降至2.1mm/s，與大修前振動相當(dāng)，頻譜中11.33Hz的外部激振力也大幅下降。
6 結(jié)語
本文結(jié)合設(shè)備檢修記錄，系統(tǒng)設(shè)計(jì)及頻譜特征，鎖定故障原因?yàn)?strong>超聲波污水流量計(jì)組上游流體壓力脈動引發(fā)設(shè)備拍振，*終通過動、靜排氣穩(wěn)定流場等措施，快速解決設(shè)備振動高缺陷，避免不必要的解體檢修。此次SEN液體流量計(jì)振動處理案例可作為立式液體流量計(jì)振動異常分析的參考。